浅谈嵌入式MCU软件开发之中断ISR的三种写法
0赞浅谈嵌入式MCU软件开发之S12(X)系列MCU 中断ISR在CodeWarrior 5.1 IDE 中的三种写法
内容提要
引言
1. 嵌入式MCU中断ISR的特点
2. 中断向量表及中断向量重映射
3. 为什么S12(X)的中断ISR必须放在未分页区(NON_BANKED)
4. CodeWarrior 5.1 IDE中S12(X)系列MCU中断ISR的三种写法详解及优缺点分析
方法一：在C文件中，建立中断向量表，使用‘@’重定义中断向量地址,并根据中断向量表地址将相应的中断ISR地址放在表中对应外设中断位置
方法二：在C文件中，直接采样关键词interrupt+中断向量号+ISR函数名来编写
方法三：在prm文件中定义：采样关键词VECROR+中断向量号+ISR函数名或关键词VECTOR+中断向量地址+ISR函数名（可实现中断向量地址重映射），然后再C文件中编写相应的ISR函数
总结
引言
前面在的技术分析文章--《浅谈嵌入式MCU软件开发之中断优先级与中断嵌套》(点击文章标题即可直接跳转阅读)中，我给大家分析了嵌入式MCU的中断工作机制、中断优先级和中断嵌套。今天我就结合NXP(老Freescale)的S12(X)系列汽车MCU给大家分享其在中断ISR(ISR--Interrupt Service Routine,中断服务函数 )在CodeWarrior 5.1 IDE中的三种写法。
1. 嵌入式MCU中断ISR的特点
在之前我们谈到，嵌入式MCU中断ISR不同于其他用户软件程序，属于一类特殊的函数，其具有如下特点：
1. 中断ISR必须是void型的无参数传递函数--无形参无返回值；
2.中断ISR由硬件外设触发，而非其他函数调用，其运行时机具有随机不确定性和硬件实时性
3.中断ISR运行时间必须尽量短，以保证外设中断的实时性；
那么对于链接器来说，它是如何区分中断ISR和普通用户函数的呢？又是如何将其放置到MCU中断向量表对应外设的中断向量的呢？这就涉及到中断ISR的写法。
2. 中断向量表及中断向量重映射
以下是S12G系列MCU datasheet(MC9S12G Family Reference Manual, Rev.1.25)关于其中断源和中断使能以及中断向量表的描述：
S12G系列MCU的复位源和复位向量位置，其占据最高的三个中断向量地址，因此也具有最高优先级，从其中可以看到，其为时钟监测复位(Clock monitor reset)和看门狗复位(COP watchdog reset)提供了单独的复位向量，并且其具有局部使能控制，其余的MCU复位源共享同一个中断向量地址0xFFFE，且无局部使能。 我们知道，无论是外部时钟源丢失造成的时钟监测复位中断还是COP看门狗定时器溢出导致的看门狗复位，最终都必然会将MCU复位，但由于其具有单独的中断向量地址，所以我们实际上是可以打开其中断，让其进入自己的中断ISR的，在其中一户可以做一些特殊的处理，比如记录复位源以供后期分析或者做少量的中断工作(请注意，这个复位中断的执行时间非常短。只有若干个时钟周期，而且为了能够正常进入时钟监测复位和看门狗复位，MCU的外部RESET复位管脚上接的滤波电容不能够太大，否则会直接将其虑掉，无法进入)。当然，默认我们都是将时钟监测复位和看门狗复位的复位向量地址填入MCU的默认复位向量，让其与其他复位中断做同样的处理即可。
另外，由于S12G向量的中断向量地址时由中断向量基地址(IVBR--Interrupt Vector Base Address Register）寄存器+中断向量偏移地址得到的，而MCU复位后IVBR寄存器的值为0xFF，所以S12G系列MCU的复位向量地址总是0xFFFE、0xFFFC和0xFFFA，修改IVBR并不影响复位中断向量。
Tips：通过修改IVBR寄存器可以实现外设中断向量表的偏移(也称为重定向----relocation)，这对于开发BootLoader来说非常有用，因为带有BootLoader的MCU，其BootLoader和应用程序需要两个不同的外设中断向量表。
下表列出了S12G系列MCU的所有片上外设中断向量表位置(地址）/全局使能控制位和局部使能位信息，不同的part和封装，其外设数量不同，所以其对应的外设数量和中断也不同，但只要某一外设存在，其中断向量相对地址都是固定的，其中黄色高亮的外设中断时可以将MCU从STOP低功耗模式唤醒，可以作为低功耗模式的系统唤醒源。
3. 为什么S12(X)的中断ISR必须放在未分页区(NON_BANKED)
另外，由于S12(X)系列MCU的片上存储器基友分页(Bank/page)工作机制，其对应的分页地址（也称作逻辑地址--logical address）为分页号(page number) + 分窗口(page window--0x8000 to 0xBFFF)的24位地址，比如page_0x9的分页地址就是0x9_8000 to 0x9_BFFF，必须使用24位地址(使用__far指针)才能正确寻址，而我们的中断向量表中给每一个中断分配的中断向量都是两个字节，也就是16位，所以必须将中断ISR放在为分页区(NON_BANKED address, 其为CPU可以直接寻址的16位地址，具有唯一性)中。
其在CodeWarrior 5.1 IDE具体实现方法是：
#pragma CODE_SEG NON_BANKED /*#pragma CODE_SEG标志以下为代码段(code segment)定义，后面跟的NON_BANKED 为具体的prm文件中定义的段，告诉链接器将这之后的代码链接到NON_BANKED段*/
/*put your ISR here*/
#pragma CODE_SEG DEFAULT /*恢复为默认段存储*/
4. CodeWarrior 5.1 IDE中S12(X)系列MCU中断ISR的三种写法详解及优缺点分析
有了以上基础知识，我们就可以来看看具体在CodeWarrior 5.1 IDE给S12(X)系列MCU开发中断ISR了。具体有三种方法：
方法一：在C文件中，建立中断向量表，使用‘@’重定义中断向量地址,并根据中断向量表地址将相应的中断ISR地址放在表中对应外设中断位置：
#define __CPU_VECTOR_BASE_ADDR__ 0xFE80
/* ISR prototype */
typedef void (*near tIsrFunc)(void);
/*lint -save -e950 Disable MISRA rule (1.1) checking. */
static const tIsrFunc _InterruptVectorTable[] @__CPU_VECTOR_BASE_ADDR__ = { /* Interrupt vector table */
/*put your ISR functions list here according to the interrupt vector order*/
&Keys_Interrupt_ISR;
};
static const tIsrFunc _ResetVectorTable[] @0xFFFAU = { /* Reset vector table */
/* Reset handler name Address Name Description */
&_WatchDog_EntryPoint, /* 0xFFFA ivVcop used by PE */
&_ClockMonitor_EntryPoint, /* 0xFFFC ivVclkmon used by PE */
&_EntryPoint /* 0xFFFE ivVreset used by PE */
};
然后在C文件中使用关键词interrupt定义中断ISR函数如下：
#pragma CODE_SEG NON_BANKED
interrupt void Keys_Interrupt_ISR(void)
{
/*your own ISR here*/
}
#pragma CODE_SEG DEFAULT
优缺点：
1. 为了保证程序正常工作，CPU需要知道当前中断向量表已经由默认的0xFF80偏移到了0xFE80: 对于S12(X)MCU：需要在工程初始化时将中断向量基地址（IVBR）设置为“@”之后的16位地址的高8位，即0xFE；
2. 可以非常方便的实现中断向量表偏移重定向；
3. 通过函数数组的方式统一管理MCU的中断向量，不容易出错，推荐使用方法；
方法二： 在C文件中，直接采样关键词interrupt+中断向量号+ISR函数名来编写
#pragma CODE_SEG NON_BANKED
void interrupt VectorNumber_Vtimch0 tmisr0(void)
{
/*your own ISR here*/
}
#pragma CODE_SEG DEFAULT
优缺点：
1. VectorNumber_Vtimch0为中断向量号，在芯片头文件（如mc9s12g128.h，建工程时根据用户的选择自动加入到工程中）中默认定义的，无需关系中断向量表；
2. 这种方法虽然最为简单，但无法实现中断向量表偏移，只能使用默认中断向量表地址；
方法三：在prm文件中定义：采样关键词VECROR+中断向量号+ISR函数名或关键词VECTOR+中断向量地址+ISR函数名（可实现中断向量地址重映射），然后再C文件中编写相应的ISR函数
首先，在prm文件最后定义如下：
VECTOR 0 _Startup(根据中断向量号定义，其默认中断向量地址为0xFFFE，_Startup为复位中断ISR函数名)
然后，C文件中使用关键词interrupt定义中断ISR函数如下：
#pragma CODE_SEG NON_BANKED
interrupt void _Startup (void)
{
/*your own ISR here*/
}
#pragma CODE_SEG DEFAULT
优缺点：
1. 使用关键词VECTOR+中断向量地址+ISR函数名，通过单独修改每一个中断向量地址可以实现中断向量表偏移(与方法一相同，修改IVBR寄存器，)，但实现繁琐，不推荐使用；
2. 若使用关键词VECROR+中断向量号+ISR函数名定义，则无法实现中断向量偏移，并且需要在prm文件中需要将0xFF80开始的128个字节默认中断向量地址保留，以存放ISR函数，这样CPU才能正常响应中断。
总结
保证S12(X)系列MCU内核CPU能够正常识别运行中断ISR的关键步骤如下：
1. 使用关键词interrupt定义无参数无返回值的中断ISR；
2. 初始化中断向量表，并将其地址高8位赋给IVBR寄存器(对应方法二和方法三，使用默认中断向量表，则无需此步骤)；
3. 使用关键词#pragma CODE_SEG NON_BANKED将中断ISR放在MCU未分页存储器(P-Flash)中；
Tips：虽然本文是基于S12(X)讲的中断ISR的实现方法，但其同样适用于S08系列MCU和MagniV S12Z系列MCU以及相应的CodeWarrior 6.x和CodeWarrior 10.6/7 IDE.
